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Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein optisches Koppelmodul, eine Testeinheit, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls, ein Verfahren zum optischen Testen von einem prüfenden Element unter Verwendung einer Testeinheit und eine Steuereinheit gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Ein solches Modul und Verfahren sind gattungsgemäß aus der
US 2011 / 0 279 812 A1 sowie aus
WO 2019 / 029 765 A1 bekannt.
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Aus
WO 2021 / 078 318 A1 ist ein Wafer-level-Testverfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads und hierzu fest angeordneten optischen Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen bekannt. Dabei wird in drei Justierschritten der Wafer mit einem der Chips so zu einem Kontaktierungsmodul justiert, dass die elektrischen Schnittstellen von Chip und Kontaktierungsmodul miteinander in Kontakt stehen und die optischen Schnittstellen von Chip und Kontaktierungsmodul (2) eine Maximum-Position der optischen Kopplung einnehmen. Das Verfahren ist relativ aufwendig und erfordert eine hohe Positioniergenauigkeit des Kontaktierungsmoduls.
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Aus der
US 2006 / 0 109 015 A1 ist ein optoelektronisches Kontaktierungsmodul (probe module) zum Testen von Chips (zu untersuchendes Objekt - DUT) mit elektrischen und optischen Ein- und Ausgängen bekannt. Erfolgt, wie in der
US 2006 / 0 109 015 A1 beschrieben, eine Optimierung der Koppeleffizienz des optischen Signals durch eine Kollimation oder Fokussierung des optischen Strahls, muss das gesamte Kontaktierungsmodul hochpräzise im Sub-µm-Bereich justiert werden, was sehr aufwendig ist.
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Die
US 2011 / 0 279 812 A1 offenbart ein Kontaktierungsmodul zum Testen von Chips mit elektrischen und optischen Ein- und Ausgängen. Der Chip ist auf einem beweglichen Träger aufgenommen, mit dem er sich grob zum Kontaktierungsmodul ausrichten lässt. Die Grobausrichtung erfolgt sensorgesteuert anhand einer Positionsüberwachung des Chips oder der Justiermarken des Chips. Das ist kompliziert und störanfällig.
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Aus
US 7 412 138 B1 sind optoelektronische Justierstrukturen für den Wafer-Level-Test optischer und optoelektronischer Chips bekannt. Das Wafer-Level-Testsystem nutzt optische und elektronische Sonden zur Suche und Ausrichtung auf eine optoelektronische Justierstruktur und beinhaltet eine Justierung auf maximale Leistung. Das Justierverfahren und die Justierstrukturen sind relativ aufwendig.
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Für eine Prüfung eines opto-elektronischen Prüflings ist für den Wafer Level Test in der Volumenfertigung von z. B. photonisch integrierten Schaltkreisen eine entsprechende Testeinheit vorgesehen. Ein Kernmerkmal einer solchen Testeinheit ist dabei die Plug&Play-Fähigkeit mit vorhandenem Wafer Level Test Equipment und Waferprobern, welches in der Volumenfertigung von herkömmlichen ICs verwendet wird. Um dies zu ermöglichen, sollten die für eine reproduzierbare optische Kopplung ungenügenden Positioniergenauigkeiten der herkömmlichen Waferprober durch ein geeignetes, lagetoleranzunempfindliches, optisches Koppelprinzip ausgeglichen werden. Aktuell können mit Testeinheiten beispielsweise PICs gemessen werden, bei denen das Licht über Gitterkoppler (GCs) an der Oberfläche eingekoppelt wird. Hierbei wird für das Testen auf Waverlevel von optoelektronischen Chips nur eine ungenügende Lichteinkopplung aufgrund einer oftmals erfolgenden Fehljustierung erreicht.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Möglichkeit für eine verbesserte optische Testung eines zu prüfenden Elementes zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der neben geordneten Patentansprüche gelöst.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein optisches Koppelmodul mit folgenden Merkmalen:
- - einem Modulträger mit einer Oberfläche; und
- - einen an einer Verbindungsstelle schräg aus der Oberfläche des Modulträgers herausragenden Wellenleiter zur Ausgabe von optischen Prüfsignalen an ein zu prüfendes Element.
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Unter einem Modulträger kann beispielsweise ein einstückiges oder kompaktes Bauelement verstanden werden, an welchem der Wellenleiter angeordnet ist oder herausragt. Unter einer Oberfläche kann vorliegend beispielsweise eine Hauptoberfläche des Modulträgers verstanden werden, welche beispielsweise einem zu prüfenden Element zugesandt ist oder welche auf das zu prüfende Element gedrückt wird. Unter einer Verbindungsstelle kann vorliegend eine Stelle verstanden werden, an welcher der Wellenleiter befestigt ist, sodass ein optisches Prüfsignal an dieser Stelle vom Modulträger den Wellenleiter ein koppeln kann. Unter einem Wellenleiter kann vorliegend ein Lichtleiter oder ein Moden-führendes Element verstanden werden, aus welchem Licht, welches beispielsweise durch die Eintrittsstelle in den Wellenleiter eingekoppelt wurde, als optisches Prüfsignal zu einem externextern zu dem Wellenleiter angeordneten zu prüfenden Element ausgegeben. Der Wellenleiter kann einen Kern und einen Mantel aufweisen. Dabei kann der Kern einen höheren Brechungsindex als der Mantel aufweisen. Der Wellenleiter kann aber auch mantelfrei ausgebildet sein. In diesem Fall kann die umgebende Luft mit einem Brechungsindex nahe 1 die optische Wellenführung im Kern sicherstellen. Der Wellenleiter kann hinsichtlich einer Wellenlänge der optischen Prüfsignale ein einmodiger Wellenleiter sein. Er kann aber auch multimodig ausgebildet sein. Die optischen Prüfsignale können einmodig sein. Auch einmodige Prüfsignale können über kurze Entfernung durch einem multimodigen Wellenleiter durchleitbar sein, so dass ein multimodiger Wellenleiter auch in diesem Fall benutzt werden kann. Ein multimodiger Wellenleiter kann gegenüber einem einmodigen Wellenleiter den Vorteil haben, dass der Wellenleiterkern einen größeren Querschnitt aufweisen kann. Dadurch kann eine geringere Genauigkeit der Ausrichtung zum zu prüfenden Element ausreichend sein, um die optischen Prüfsignale zu übertragen. Alternativ können die Prüfsignale multimodig sein. Einmodige Prüfsignale können mit einem Laser erzeugt werden, während multimodige Prüfsignale ebenfalls mit einer LED (Lichtemitterdiode) erzeugbar sein können.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung eines Wellenleiters, der sich aus oder von dem Modulträger weg erstreckt, eine deutlich verbesserte Möglichkeit besteht, optische Prüfsignale an ein zu prüfendes Element auszugeben. Durch die Verwendung eines solchen Wellenleiters kann beispielsweise eine Fehlplatzierung des Wellenleiters in Bezug zu dem zu prüfenden Element, beispielsweise an einer Verbindungsstelle an dem zu prüfenden Element ausgeglichen werden, da der herausragende Wellenleiter meist eine deutlich größere Kopplungsfläche ermöglicht, als dies durch einzelne Kopplungspads oder Kopplungsbereiche auf dem zu prüfenden Element erreicht werden kann, die auf der Oberfläche des Modulträgers angeordnet sind. Zugleich kann beispielsweise auch eine Distanz zwischen dem Modulträger und dem zu prüfenden Element derart verringert werden, dass das zu prüfende Element an den Modulträger gedrückt wird, sodass der Wellenleiter zwischen dem zu prüfenden Element und der Oberfläche platziert wird und die entsprechenden optischen Prüfsignale an das zu prüfende Element effizient in dieses einkoppeln kann. Zugleich ist eine Beschädigung des Wellenleiter meist nicht zu befürchten, da die Bewegungswege von einem Wellenleiter zu dem zu prüfenden Element bei der Kontaktierung lediglich klein gehalten werden können, was bei einem flexiblen Wellenleiter lediglich unkritische mechanische Beanspruchungen erfordert.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der der Wellenleiter als eine Lichtleitfaser ausgebildet ist, und/oder wobei eine Länge des Welleleiters zumindest dem Fünffachen, vorteilhaft zumindest dem Zehnfachen, einer Breite des Wellenleiters entspricht und/oder wobei der Wellenleiter als Glasfaser ausgebildet ist.
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Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die spezielle Ausgestaltung des Wellenleiter einerseits die mechanische Beanspruchung dieses Wellenleiters klein zu halten und/oder eine möglichst große Kopplungsfläche von optischen Prüfsignalen von dem Wellenleiter in das zu prüfende Element zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann der Modulträger und der Wellenleiter einstückig ausgeformt sein oder der Wellenleiter an der Verbindungsstelle an dem Modulträger befestigt, insbesondere geklebt, sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die Kombination aus Modulträger und Wellenleiter sehr flexibel und nach den gewünschten optischen und materialtechnischen Spezifikationen kostengünstig herstellen zu können. Ebenso ist es möglich, den Wellenleiter an dem Modulträger beispielsweise durch Anspleißen oder durch Löten mittels eines Glaslots zu befestigen. Unter Anspleißen kann man einen Schweißvorgang verstehen, bei dem die Verbindungsstelle lokal aufgeschmolzen werden kann.
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Um möglichst eine flexible Kontaktierung des Wellenleiters mit dem zu prüfenden Element zu ermöglichen, kann sich der Wellenleiter bogenförmig über die Oberfläche hinweg erstrecken.
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Denkbar ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Wellenleiter zumindest teilweise parallel zu der Oberfläche ausgerichtet ist und/oder bei dem der Wellenleiter flexibel ausgeformt ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, eine möglichst große Kopplungsfläche zwischen den Wellenleiter und einem entsprechenden Einkopplungsbereichs des zu prüfenden Elementes zu ermöglichen.
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Ferner kann gemäß einer anderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes der Wellenleiter an einem der Verbindungsstelle gegenüberliegenden Ende die Oberfläche kontaktiert. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Kopplungsverhalten eines optischen Prüfsignals über den Wellenleiter speziell an dem der Verbindungsstelle gegenüberliegenden Ende des Wellenleiter überwachen bzw. auswerten zu können, sodass eine räumliche Trennung des der Ausgabe des optischen Prüfsignals und der Überwachung eines Einkopplungsverhaltens ermöglicht wird.
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Besonders robust gegenüber mechanischen Beanspruchungen ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der der Wellenleiter ein Federelement aufweist, das zwischen einem Bereich der Verbindungsstelle und einem der Verbindungsstelle gegenüberliegenden Ende den Wellenleiter gegenüber der Oberfläche abstützt.
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Sehr geringe optische Verluste bei der Ausgabe des optischen Prüfsignals ermöglicht eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Modulträger ein Modulträgerwellenleiter eingebettet ist, der ausgebildet ist, um die optischen Prüfsignale zu der Verbindungsstelle in den Wellenleiter zu führen.
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Auch kann gemäß einer anderen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes ein an einer weiteren Verbindungsstelle schräg aus der Oberfläche des Modulträgers herausragenden weiteren Wellenleiter zur Ausgabe von weiteren optischen Prüfsignalen an das zu prüfende Element. Eine solche Ausführungsform ermöglicht die Prüfung des zu prüfenden Elementes mit einer Mehrzahl von optischen Prüfsignalen, die beispielsweise an unterschiedlichen Positionen in das zu prüfende Element eingekoppelt werden und/oder voneinander unabhängig und beispielsweise zeitgleich ausgegeben werden können. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der Flexibilität bei der Prüfung des zu prüfenden Elementes erreicht werden.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Testeinheit zum optischen Testen von einem prüfenden Element, wobei die Testeinheit die folgenden Merkmale aufweist:
- - einem optischen Koppelmodul gemäß einer Variante einer hier vorgestellten Ausführungsform; und
- - einer Analyseeinheit, die ausgebildet ist, um ein optisches Prüfsignal durch das optische Koppelmodul an das zu prüfende Element zu senden und ein vom zu prüfenden Element erhaltenes Testsignal auszuwerten.
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Durch eine solche Ausführungsform lassen sich die vorstehend genannten Vorteile schnell, kostengünstig und effizient realisieren.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls gemäß einer Variante einer hier vorgestellten Ausführungsform, wobei der Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Modulträgers, und
- - Ausbilden an einer Verbindungsstelle schräg aus der Oberfläche des Modulträgers herausragenden Wellenleiter zur Ausgabe von optischen Prüfsignalen an ein zu prüfendes Element.
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Durch eine solche Ausführungsform lassen sich die vorstehend genannten Vorteile schnell, kostengünstig und effizient realisieren.
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Besonders einfach und kostengünstig kann ein optisches Koppelmodul hergestellt werden, wenn gemäß einer Ausführungsform im Schritt des Ausbildens ein Freilegen, insbesondere ein Freiätzen des Wellenleiters aus einem Material des Modulträgers und/oder ein Ausbilden des Wellenleiters mittels eines 3D-Drucks und/oder ein Ankleben des Wellenleiters an der Verbindungsstelle an die Oberfläche des Modulträgers erfolgt. In diesem Fall können technisch ausgereifte und kostengünstigen Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Koppelmoduls eingesetzt werden.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes als Verfahren zum optischen Testen von einem prüfenden Element unter Verwendung einer Variante einer hier vorgestellten Ausführungsform einer Testeinheit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Beaufschlagen des zu prüfenden Elements mit dem optischen Prüfsignal unter Verwendung des optischen Koppelmoduls; und
- - Auswerten eines vom zu prüfenden Element erhaltenen Testsignals oder Auswertesignals.
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Vorteilhaft kann das optische Prüfsignal von dem Wellenleiter an das zu prüfende Element mittels evaneszenter Kopplung übertragbar sein. Vorteilhaft kann beispielsweise ein Mantel des Wellenleiters an einer zur Übertragung vorgesehenen Stelle des Wellenleiters abgedünnt oder entfernt sein. Auch kann ein Kern des Wellenleiters an der zur Übertragung vorgesehenen Stelle abgeflacht sein, um den Kopplungsgrad der evaneszenten Kopplung zu erhöhen.
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Die evaneszente Kopplung zwischen dem Wellenleiter und dem zu prüfenden Element kann derart erfolgen, dass der Wellenleiter mit der zur Übertragung vorgesehenen Stelle auf das zu prüfende Element aufgesetzt wird. Alternativ kann die evaneszente Kopplung auch über einen Spalt zwischen dem Wellenleiter und dem zu prüfenden Element erfolgen, ohne dass der Wellenleiter auf das zu prüfende Element aufgesetzt werden muss. Letzteres Verfahren kann also berührungslos sein und damit verschleißfrei hinsichtlich des Wellenleiters. Hingegen kann das Aufsetzen einen höheren Kopplungsgrad aufweisen, als das berührungslose Verfahren.
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Außerdem kann das Verfahren zum optischen Testen von einem prüfenden Element ein Verringern des Abstandes zwischen dem zu prüfenden Element und dem Koppelmodul vor dem Prüfvorgang und ein Erhöhen des Abstandes zwischen dem zu prüfenden Element und dem Koppelmodul nach dem Prüfvorgang umfassen. Das Verringern des Abstands und das Erhöhen des Abstands können in einer Normalenrichtung zur Oberfläche des zu prüfenden Elements erfolgen, welche man als eine z-Richtung definieren kann. Die Normalenrichtung kann die Normale zur Waferebene sein, wenn die zu prüfenden Elemente auf dem Wafer angeordnet sind. Diese Waferebene kann man als eine xy Ebene bezeichnen, wobei xyz ein kartesisches Koordinatensystem bilden kann. Das Verringern des Abstands kann beispielsweise durch ein Absenken des Koppelmoduls auf das zu prüfende Element erfolgen, wenn das zu prüfende Element in einer Ebene unterhalb des Koppelmoduls angeordnet ist. Es kann aber auch durch ein Anheben des zu prüfenden Elements erfolgen, wenn das Koppelmodul in einer feststehenden Ebene oberhalb des zu prüfenden Elements angeordnet ist. Das Verringern des Abstands kann beispielsweise durch ein Anheben des Koppelmoduls auf das zu prüfende Element erfolgen, wenn das zu prüfende Element in einer Ebene oberhalb des Koppelmoduls angeordnet ist. Es kann aber auch durch ein Absenken des zu prüfenden Elements erfolgen, wenn das Koppelmodul in einer feststehenden Ebene unterhalb des zu prüfenden Elements angeordnet ist. Das Erhöhen des Abstands kann dann jeweils in entgegengesetzter Richtung erfolgen. Die Begriffe oberhalb und unterhalb können bezüglich der Erdanziehungskraft betrachtet werden.
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Wenn das zu prüfende Element oberhalb des Koppelmoduls angeordnet ist, kann das zu prüfende Element kopfüber geprüft werden. Dadurch kann die Verschmutzungswahrscheinlichkeit desselben beispielsweise durch herabfallende Partikel verringert werden. Allerdings kann die Verschmutzungswahrscheinlichkeit des Koppelmoduls erhöht sein gegenüber einer nicht kopfüber erfolgenden Prüfung.
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Die Prüfung kann aber auch vertikal erfolgen. Das kann bedeuten, dass die Normalenrichtung des zu prüfenden Elements bezüglich der Erdanziehungskraft horizontal liegt
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Die oben genannten Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Steuereinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Steuereinheit zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Steuereinheit kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer, einer Steuereinheit oder allgemein einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls;
- 2 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls nun in einer Seitenansicht;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum optischen Testen von einem prüfenden Element;
- 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinheit zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls;
- 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinheit zum optischen Testen von einem prüfenden Element; und
- 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls 100. Das optische Koppelmodul 100 umfasst hierbei eine Modulträger 110, an dem an einer Verbindungsstelle 115 ein Wellenleiter 120 angeordnet ist. Der Wellenleiter 120 ist dabei derart angeordnet, dass er schräg aus einer Oberfläche 125 des Modulträgers 110 an der Verbindungsstelle 115 austritt und in einem Bogen oder als gebogene Steg über die Oberfläche 124 geführt ist, sodass er beispielsweise an einem der Verbindungsstelle 115 gegenüberliegenden Ende 130 wieder die Oberfläche 125 kontaktiert. Die Oberfläche 120 kann hierbei eine Hauptoberfläche sein, welche einem zu prüfenden Element 135 (DuT = Device under Test = zu prüfendes Element) zugewandt ist. Um nun optische Prüfsignale in den Wellenleiter 120 einkoppeln zu können, ist im Modulträger 110 ein Modulträgerwellenleiter 140 ausgebildet, über welchen von einer Lichtquelle 142 Lichtsignale als optische Prüfsignale 143 zu der Verbindungsstelle 115 in den Wellenleiter 120 eingekoppelt werden. Während eines Prüfvorgangs des zu prüfenden Elementes 135 ist dann der in der 1 dargestellte Abstand beispielsweise deutlich reduziert, da für einen Prüfmodus das optische Koppelmodul 100 auf die Oberfläche des zu prüfenden Elementes 135 gedrückt wird, sodass beispielsweise der Wellenleiter 120 sehr nah an einen Koppelbereich 145 gedrückt wird, sodass durch eine evaneszente Kopplung zumindest ein Teil des Lichts der optischen Prüfsignale aus dem Lichtleiter 120 in den Koppelbereich 145 einkoppelt und hierdurch eine Prüfung von optischen Parametern oder Eigenschaften des zu prüfenden Elementes 135 ermöglicht.
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Denkbar ist auch, dass durch eine Reflexion eines Teils des Lichts des optischen Prüfsignals an dem Ende 130 oder durch die Detektion an einem Ort angeordneten Sensor erkannt werden kann, welcher Anteil eine Lichtleistung von dem Wellenleiter 120 in den Koppelbereich 145 eingekoppelt hat, sodass auch hier eine entsprechende Auswertung der Qualität der Kopplung erfolgen kann.
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Denkbar ist auch, dass in einem Rückpfad Licht aus dem Koppelbereich 145 in den Wellenleiter 120 eingekoppelt wird und beispielsweise als Auswertungssignale 147 über die Verbindungsstelle 115, die dann als Eintrittsstelle wirkt, in den Modulträgerwellenleiter 140 eingekoppelt wird und zu einer Auswerteeinheit 150 geführt wird, die beispielsweise im Bereich der Lichtquelle 142 angeordnet ist. Durch die Auswertung der Auswertesignale 147 kann dann beispielsweise das zu prüfende Element 135 auf korrekte Funktionsfähigkeit geprüft werden. hierdurch kann beispielsweise eine Testeinheit 155 mit der Lichtquelle 142, dem optischen Koppelmodul 100 und der Auswerteeinheit 150 realisiert werden.
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Möglich ist auch, dass mehrere der in der 1 dargestellten Wellenleiter 120 an unterschiedlichen Positionen vom Modulträger 110 abstehen bzw. schräg herausragen und somit unterschiedliche Koppelbereiche 145 des zu prüfenden Elementes 135 mit entsprechenden optischen Prüfsignalen 143 beaufschlagt werden können.
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Die dargestellte Richtung z kann die Richtung der Erdanziehungskraft sein. In diesem Fall erfolgt die Prüfung des DUT kopfüber. In einer ersten Abwandlung dieses Beispiels kann die Richtung z entgegen der Erdanziehungskraft sein. In diesem Fall erfolgt die Prüfung des DUT kopfunter, d.h. von oben. In einer zweiten Abwandlung dieses Beispiels kann die Richtung z senkrecht zur Richtung der Erdanziehungskraft sein. In diesem Fall erfolgt die Prüfung des DUT vertikal.
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2 zeigt eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls 100. Im Unterschied zu dem gemäß 1 aufgebauten optischen Koppelmodul 100 ist nun der Wellenleiter 120 nicht bogenförmig über die Oberfläche 125 gespannt, sondern weist einen geraden Abschnitt 200 auf. Zusätzlich ist der Wellenleiter 120 über ein Federelement 210 abgestürzt, welches den Wellenleiter 120 im Bereich des Endes 130 federnd unterstützt. Wird nun für einen Prüfmodus das optische Koppelmodul 100 in eine Prüfrichtung 220 nach unten gedrückt, sodass beispielsweise der gerade Abschnitt 200 des Wellenleiters 120 auf den Koppelbereich 145 gedrückt wird, kann durch die Ausbildung dieses Koppelbereichs 145 als evaneszenter Koppler das optische Prüfsignal 143 in einem Prüflingswellenleiter 230 eingekoppelt werden, ein aus dem Koppelbereich 145 zurückgekoppeltes Optiksignal wieder in über den Kopplungsbereich 145 in den Wellenleiter 120 zurückkoppeln auf diese Weise durch eine Auswertung eines empfangenen zurückübertragen Auswertungssignals 147 eine optische Funktion des zu prüfenden Elementes 135 geprüft werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls 100 nun in einer Seitenansicht. Hierbei ist erkennbar, dass der Modulträgerwellenleiter 140 einen kleineren Querschnitt aufweist, als der Wellenleiter 120. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Lichtleistung des optischen Prüfsignals 143 aus dem Modulträgerwellenleiter 140 vollständig in den Wellenleiter 120 überkoppelt und somit auch möglichst effizient abgegeben werden kann. Hierzu kann auch der Prüflingswellenleiter 230 im Koppelbereich 145 eine kleinere breite aufweisen, als der Wellenleiter 120, sodass auch hier eine möglichst große Überlappung zwischen dem Prüflingswellenleiter 230 und dem Wellenleiter 120 erfolgt, sodass auch eine möglichst effiziente über Kopplung von Licht aus dem Wellenleiter 120 in den Prüflingswellenleiter 230 möglich wird.
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Ein wichtiger Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes kann somit darin gesehen werden, dass eine bereits zur Verfügung stehende UFO-Probe-Technologie zum Testen von PICs auf solche Systeme erweitert werden kann, bei denen das Licht evanszent eingekoppelt wird. Dazu kann ein optisches Koppelmodul 100 insofern abgeändert werden, als dass ein oder mehrere Wellenleiter 120 aus dem Koppelmodul 100 heraus geführt werden und beispielsweise in Form dünner Glasstrukturen (Dicke im Bereich weniger µm) das Licht unter dem Koppelmodul 100 führen, wie dies in der 2 dargestellt ist. Zur Kontaktierung zwischen optischen Koppelmoduls 100 mit dem zu prüfenden Element 135 (DuT) wird das Modul 100 so nahe an den das zu prüfende Element 135 (DuT) gebracht, dass diese Strukturen bzw. hier der der Wellenleiter 120 auf das zu prüfenden Element 135 (DuT) drücken und so eine Nahfeldkopplung möglich wird. Da die Strukturen bzw. der Wellenleiter 120 aufgrund seiner geringen Größe verhältnismäßig flexibel sind/ist, kann dabei eine gewisse Lageungenauigkeit in z-Richtung (d. h. axial) abgefangen werden. Über die Breite der herausgeführten Wellenleiter 120 lässt sich die laterale (x, y) Positionstoleranz des Probersystems kompensieren, wie dies in der 3 schematisch dargestellt ist. Die Koppeleffizienz kann über die Länge der Strukturen eingestellt werden.
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Das Herausführen des/der Wellenreiter 120 aus dem optischen Chip als optischem Koppelmodul 100 kann additiv oder subtraktiv erfolgen: Bei einem ersten Ansatz können auf die vorstehend genannten Strukturen bzw. Wellenleiter 120 oder den optischen Chip bzw. den Modulträger 110 Strukturen zur Ausbildung des Wellenleiters 120 aufgebracht werden (beispielsweise durch 3D-Druck oder Abscheidung). Bei einem zweiten Ansatz können diese Strukturen oder Wellenleiter 120 aus dem Glasblock als Modulträger 110 des optischen Koppelmoduls 100 freigestellt werden. Dies ist zum Beispiel durch laserselektives Ätzen möglich.
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Die Strukturen bzw. Wellenleiter 120 selbst sind in unterschiedlicher Ausführung möglich: Sie können als gebogener Steg (beispielsweise entsprechend der Darstellung in 1) unter dem optischen Koppelmodul 100 realisiert werden. Dadurch können die Signale 143 bzw. 147 wieder in das Koppelmodul 100 zurückgeführt werden, wodurch zum Beispiel die Möglichkeit einer Feedback-Messung (bezüglich der eingekoppelten Intensität) ermöglicht wird. Nachteil dabei ist, dass der eigentliche Koppelweg aufgrund der Biegung schwierig zu realisieren ist.
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Eine Besonders geeignete Lösung ist die Realisierung durch ein doppeltes Festkörpergelenk, wie dies in der 2 dargestellt ist. Hierbei wird sichergestellt, dass der Koppelweg zwischen der Koppelstruktur und dem evaneszenten Koppler konstant bleibt. Dies kann durch das Vorsehen des geraden Abschnitts 200 im Wellenleiter 120 erfolgen, der dann eine konstante Entfernung von dem zu prüfenden Element 135 ermöglicht oder sicherstellt.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz lässt sich die UFO-Probe-Technologie für Waveleveltests auf PICs erweitern, bei denen das Licht evaneszent eingekoppelt werden kann. Im Vergleich zur „klassischen“ UFO sind auf den PICs keine Gitterkoppler nötigt. Zudem kann eine deutlich gesteigert Koppeleffizienz erwartet werden, da bei der Einkopplung (d. h. der Übertragung des optischen Prüfsignals 142 vom optischen Koppelmodul 100 in das zu prüfende Element 135 bzw. DuT) eine geringere Überstrahlung stattfindet, und bei der Auskopplung (d. h. der Übertragung des Auswertesignals 147 vom zu prüfende Element 135 bzw. DuT in das optische Koppelmodul 100) keine Abbildung des emittierten Lichts in einen Wellenleiter 120 nötig ist.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei das Verfahren 400 einen Schritt 410 des Bereitstellens eines Modulträgers 100 und einen Schritt 420 des Ausbildens an einer Verbindungsstelle schräg aus der Oberfläche des Modulträgers herausragenden Wellenleiter zur Ausgabe von optischen Prüfsignalen an ein zu prüfendes Element.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum optischen Testen von einem prüfenden Element unter Verwendung einer Variante einer hier vorgestellten Testeinheit, wobei das Verfahren 500 einen Schritt 510 des Beaufschlagens des zu prüfenden Elements mit dem optischen Prüfsignal unter Verwendung des optischen Koppelmoduls und einen Schritt 520 des Auswertens eines vom zu prüfenden Element erhaltenen Testsignals oder Auswertungssignals.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinheit 600 zur Herstellung eines optischen Koppelmoduls gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei die Steuereinheit 600 eine Bereitstellungseinheit 610 zum Bereitstellen eines Modulträgers 100 und eine Ausbildungseinheit 620 zum Ausbilden eines an einer Verbindungsstelle schräg aus der Oberfläche des Modulträgers herausragenden Wellenleiters zur Ausgabe von optischen Prüfsignalen an ein zu prüfendes Element umfasst.
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7 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinheit 700 zum optischen Testen von einem prüfenden Element unter Verwendung einer Variante einer hier vorgestellten Testeinheit, wobei die Steuereinheit 700 eine Beaufschlagungseinheit zum Beaufschlagen des zu prüfenden Elements mit dem optischen Prüfsignal unter Verwendung des optischen Koppelmoduls und eine Auswerteeinheit 720 zum Auswerten eines vom zu prüfenden Element erhaltenen Testsignals oder Auswertungssignals umfasst.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Koppelmoduls. Während des Prüfvorgangs des zu prüfenden Elementes 135 ist dann im Unterschied zu dem in der 1 dargestellten Beispiel der Wellenleiter 120 des optischen Koppelmodul 100 auf die Oberfläche des zu prüfenden Elementes 135 aufgesetzt, sodass der Koppelgrad der evaneszenten Kopplung der optischen Prüfsignale zwischen dem Koppelbereich 145 und dem Wellenleiter 120 optimiert ist. Auch ist in dieser 8 ersichtlich, dass ein Versatz der Plazierung des Wellenleiters 120 zum Koppelbereich 145, hier in Richtung x, innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs tolerierbar ist, ohne dass die Kopplung verschlechtert wird. In der Darstellung ist der Scheitel des Lichtwellenleiters nicht genau in der Mitte des Koppelbereichs 145, sondern etwas nach links verschoben. Nach dem Prüfvorgang kann das optische Koppelmodul 100 in z-Richtung abgehoben werden, um es beispielsweise über einem weiteren zu prüfenden Element 135 zu plazieren und es für einen weiteren Prüfvorgang abzusenken.